Установка за соноелектрохимия – ултразвук с мощност 2000 вата

Соноелектрохимията съчетава предимствата на електрохимията и сонохимията. Най-голямото предимство на тези техники е тяхната простота, ниска цена, възпроизводимост и възможност за мащабиране. Hielscher Ultrasonics предлага цялостна соноелектрохимична установка за периодична работа и работа в поток. Тя се състои от:

• усъвършенстван ултразвуков генератор (2000 вата) с автоматична настройка, управление на амплитудата и усъвършенствано регистриране на данни,
• мощен преобразувател с ултразвуков рупор (индустриален клас, 2000 вата, 20kHz),
• електрически изолатор, който не намалява ултразвуковите вибрации
• ултразвукови бустерни рупори за увеличаване или намаляване на амплитудата
• различни конструкции на сонотроди (Сонотродът е електродът. Катод или анод.)
• реактор с проточна клетка със сменяеми стени на клетката (алуминий, неръждаема стомана, стомана, мед, …)

Не е необходимо да губите време за разработване на собствена установка само за да можете да съчетаете ултразвука с електрохимията. Не е необходимо да правите електрически модификации на стандартното ултразвуково оборудване. Вземете тази индустриална соноелектрохимична установка и съсредоточете усилията и времето си върху вашите химични изследвания и оптимизацията на процесите!

Готова за употреба установка за соноелектрохимия

Hielscher Ultrasonics предлага лесна за употреба соноелектрохимична установка с адаптивна, гъвкава конфигурация. Тази установка е подходяща за обща научноизследователска и развойна дейност и оптимизация на процеси, както и за производство в среден мащаб. Сонотродът на UIP2000hdT (2000 вата, 20kHz) може да се използва като електрод в установка за периодична работа или в поток с проточна клетка. Той има уникална конструкция за електрическа изолация. Модификацията на преобразувателя за соноелектрохимична работа не намалява ултразвуковата мощност.
Стандартният сонотрод/електрод е изработен от титан клас 5 и е проектиран така, че да оптимизира равномерността на ултразвуковия интензитет по страничната си повърхност. Предлагат се други конструкции и други материали, като алуминий, стомана или неръждаема стомана. Специалният реактор с проточна клетка в тази конструкция има алуминиев корпус, който е електрически изолиран чрез пластмасовите съединения в двата края. Алуминиевият профил може да се използва като евтин жертвен електрод и може лесно да бъде заменен с други материали, като стомана, неръждаема стомана или мед. Предлагат се клетки с други диаметри или конструкции. Клетката на чертежа има междина от около 2–4 mm между ултразвуковия електрод и корпуса на клетката. Следователно ултразвуковите вълни предизвикват акустично течение и кавитация и върху корпуса на клетката. Всички стандартни елементи на тази конструкция са налични в нашите складове в Германия и САЩ. Разбира се, можете да използвате същата установка за всички други неелектрически ултразвукови и сонохимични процеси. Тази установка работи и при процеси, подпомагани от ултразвук, с високи електрически импулси (HEP).

Усъвършенствани компоненти от индустриален клас

UIP2000hdT се използва от много клиенти за прехода от изпитвания на лабораторен плот към производство. Всички уреди на Hielscher са създадени за непрекъсната работа – 24h/7d/365d. UIP2000hdT е оборудван със сензорен екран, Ethernet интерфейс, регистриране на данни 24/7 във формат CSV, съвместим с Excel, върху SD карта и термодвойка за наблюдение на температурата. Можете да управлявате UIP2000hdT чрез вашия браузър. Предлага се цифров сензор за налягане, който се свързва с UIP2000hdT. UIP2000hdT може да ви показва действителната нетна изходна мощност при електрода. Това е нетната механична ултразвукова мощност в течността. Това ви позволява да наблюдавате и проверявате всяка секунда от ултразвуковата обработка, например за управление или оптимизация на процеса. Ултразвуковите устройства на Hielscher осигуряват резултати с много висока възпроизводимост и повторяемост. Можете да мащабирате резултатите си линейно до производствено ниво. Разбира се, техническият екип на Hielscher ще ви подкрепи при организирането на подходящите експерименти и Hielscher ще работи с вас, за да заработи вашият процес.

Тази установка за соноелектрохимия оставя малко какво още да се желае. Единственото, което може да липсва, е втори UIP2000hdT като втори електрод.

Ако сте начинаещи в този клон на химията, по-долу ще намерите повече информация за сонохимията, електрохимията и соноелектрохимията.

Сонохимия + електрохимия = соноелектрохимия

Соноелектрохимията е съчетание на електрохимия и сонохимия.

Електрохимия

Електрохимията добавя електричество към физикохимията. Тя е усъвършенстван начин за активиране на реагенти или реактанти чрез пренос на електрони. Тя позволява целенасочени, селективни химични преобразувания. Електрохимията е повърхностно явление.

Сонохимия

Сонохимията добавя акустично и кавитационно течение и енергия на активиране към химичните реакции. Най-важният механизъм в сонохимията е кавитацията. Колапсът на кавитационните мехурчета в ултразвуково поле създава локализирани горещи точки с екстремни условия, като температури над 5000 келвина, налягания до 1000 атмосфери и течни струи със скорост до 1000 километра в час. Това подобрява електрохимичните реакции върху повърхността на електродите.
Прочетете повече за сонохимията!

Соноелектрохимия

Соноелектрохимията съчетава двете техники, споменати по-горе, чрез прилагане на ултразвукова обработка към електрохимична установка. Ултразвукът влияе върху важни електрохимични параметри и ефективността на химичните процеси. Електрохимичният разтвор или хидродинамиката на електроаналита в електрохимична клетка се подобряват значително при наличието на ултразвук. Свързването на електрод с ултразвуков рупор има положителен ефект върху активността на електродната повърхност и концентрационния профил на частиците на електроаналита в цялата клетка. Сономеханичните ефекти подобряват масопреноса на електрохимични частици от обема на разтвора към електроактивната повърхност. Ултразвуковият електрод намалява дебелината на дифузионния слой при електродната повърхност, увеличава дебелината на електродното отложение/галваничното покритие, увеличава скоростите, добивите и ефективността на електрохимичните процеси, увеличава порьозността и твърдостта на електродното отложение, подобрява отстраняването на газове от електрохимичните разтвори; почиства и реактивира електродната повърхност, намалява електродните пренапрежения чрез депасивация на метала и отстраняване на газови мехурчета от електродната повърхност (предизвикани от кавитация и акустично течение) и потиска замърсяването на електрода. Приложенията на соноелектрохимията включват електрополимеризация, електрокоагулация, органичен електросинтез, електрохимия на материалите, електрохимия на околната среда, електроаналитична химия, производство на водород и електродно отлагане.

Соноелектрохимия в приложения на проточната химия

Ако извършвате соноелектрохимични процеси в проточна установка, можете да регулирате времето на престой при соноелектрохимичните реакции, като променяте дебита. Можете да рециркулирате за многократно въздействие или да изпомпвате през клетката еднократно. Рециркулацията може да бъде полезна за регулиране на температурата, например чрез преминаване през топлообменник за охлаждане или нагряване.
Ако използвате клапан за противоналягане на изхода на соноелектрохимичния клетъчен реактор, можете да увеличите налягането вътре в клетката. Налягането вътре в клетката е много важен параметър за интензифициране на ултразвуковата обработка и за повлияване на образуването на газови фази. То е важно и при работа с реактанти или продукти с ниска температура на кипене.
Работата в проточен режим позволява непрекъсната работа и следователно производство на по-големи обеми.
Ако материалът протича между два електрода, например сонотрод и стена на клетката, можете да намалите разстоянието между електродите. Това позволява по-добро управление на броя на пренесените електрони и по-добра селективност на реакцията. Това може да подобри точността, разпределението и добива на продукта.
Като цяло соноелектрохимичните реакции в конфигурация с реактор с проточна клетка могат да бъдат много по-бързи от съответната реакция в периодичен процес. Реакции, които могат да отнемат до няколко часа, могат да бъдат завършени за няколко минути, като се получава по-добър продукт.

Литература / Източници

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.